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新冠在人体内运作机制 大量复制病毒引致命炎症

新冠病毒可导致一些患者出现急性呼吸窘迫、器官损伤或死亡。尽管医学研究此前已发现,部分新冠患者发生重症或死亡并不是直接由病毒本身导致的,而是源于病毒感染人体的某些细胞引发体内炎症“风暴”反应。研究人员也一直试图阐释新冠病毒为何能够“引爆”这些细胞,产生致命的炎症反应。

据3月6日发表在《自然》期刊上的研究表明,新冠病毒可以感染两种免疫细胞:肺部的巨噬细胞和血液中的单核细胞。一旦感染就会引发炎症反应,而病毒甚至可以在免疫细胞中进行复制。该研究也揭示了病毒是如何进入免疫细胞的。研究者表示,受感染的免疫细胞可以为药物开发提供潜在的目标。

新冠病毒能感染2种免疫细胞

引发“细胞焦亡”炎症反应

该研究由美国马萨诸塞州波士顿儿童医院细胞和分子医学项目研究人员领导。该医院的免疫学专家朱迪·利伯曼和同事研究了新冠患者的血液样本,他们发现大约 6%的单核细胞感染了新冠病毒。而在新冠死亡患者肺部中,研究人员发现肺部的巨噬细胞激活了炎症小体。综合表明,抗体介导的新冠病毒被单核细胞和巨噬细胞“摄取”,进而引发炎症性细胞死亡,即细胞焦亡(Pyroptosis),从而导致全身性炎症反应。

▲新冠病毒可以进入肺部的巨噬细胞,引发大规模的炎症反应

单核细胞和巨噬细胞均是白细胞,是人体免疫系统内用来识别外来病原体的“前哨”细胞。它们的日常工作,就是在血液和组织里循环,找到并消灭病原体。它们有很强的吞噬能力,通过“吃掉”病原体的方式,确切地说,是通过包围和吸收的方式,来把病原体消灭掉,以防止其感染其他人体细胞。一旦吸收了病毒病原体,单核细胞和巨噬细胞就会通过类似细胞垃圾处理器的“胞内体”来处理病毒。

但是对新冠病毒而言,这种情况不会发生。相反,新冠病毒会脱离“胞内体”并逃逸到细胞内,并在免疫细胞内继续进行自我复制。“一旦病毒被免疫细胞吸收,它们就开始复制,这令人惊讶。”利伯曼说道。

当免疫细胞内病毒繁殖复制时,细胞自身就引发了下一级警报。这些警报会激活炎症小体,从而触发促炎性细胞因子产生,进而经历一种与炎症相关的细胞死亡,即细胞焦亡。本质上而言,是将整个细胞全部“烧掉”,通过“火热死亡”阻止病毒的复制繁殖。

“而当细胞焦亡时,它们会破裂释放出各种炎症蛋白,进而召唤更多的免疫细胞来感染处。”利伯曼说。因此,一连串的全身炎症反应就此形成。利伯曼解释称,“一旦它开始,我们就没有任何办法来处理。该反应就像一场小火。它会蔓延、爆炸,没有任何灭火机制能够将其扑灭。”

在对比健康人士、新冠住院患者和肺炎患者的血细胞时,研究人员发现细胞焦亡在新冠患者体内更加频繁。“感染新冠病毒的患者,有更多的炎症小体和垂死的细胞。”利伯曼说道,“所以很可能是新冠病毒特别擅长诱导这些细胞,但我们目前还不知道为什么会这样。”

该研究有助于解释老年人、糖尿病等患者

为何感染新冠的风险更高

利伯曼表示,这项研究还有助于解释为什么老年人、肥胖患者以及糖尿病患者等感染新冠的健康风险更高。例如,此前东英吉利大学和英国Quadram研究所的研究显示,人体脂肪组织除了含有脂肪细胞之外,还有一定数量的免疫细胞。病毒也会导致脂肪组织中的巨噬细胞感染,产生强烈的炎症反应。从而加重新冠感染患者的病情,甚至带来死亡威胁。

新冠病毒主要通过ACE-2受体进入细胞,这是病毒的主要切入点。但单核细胞和巨噬细胞缺乏ACE-2,新冠病毒又是如何进入这些免疫细胞的?据研究显示,病毒在抗体的帮助下通过一种称为Fcγ受体的表面蛋白潜入。当病毒遇到附着在Fcγ受体上的抗体时,病毒就会被“舀入”免疫细胞中。

利伯曼表示,并非所有的抗体都能促进病毒进入细胞,只有具有Fcγ受体的单核细胞能够被感染。其领导的研究小组表示,接种辉瑞和BioNTech开发的mRNA疫苗的人产生的抗体不允许单核细胞吸收新冠病毒。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院免疫学研究所所长约翰·惠利也表示,需要更多的研究来探索哪些类型的抗体有助于单核细胞吸收病毒。

另外,并非所有单核细胞都识别相同的抗体。该研究发现,新冠患者倾向于拥有更多具有CD16受体的单核细胞。CD16受体识别抗体与单核细胞连接,触发细胞吸收病毒。一旦病毒进入细胞内部,其就会开始自我复制,进而引发破坏性的炎症反应。

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